Der Weg zum »Cyber-Physical-System« beginnt im Siegerland
Eine 24/7-Walzproduktion mit Geschwindigkeiten bis zu 2.500 m/min, minimalen Banddicken von 5 μm und weniger sowie Coilgewichten bis 32 t erlaubt in Verbindung mit leicht entzündlichen Kühlmitteln keinerlei Fehler. Diese zu verhindern ist Aufgabe des Simulink- Modells des Walzwerks zur Validierung des entwickelten Automatisierungscodes.
»Ein Aluminium-Walzwerk ist ein komplexes Produkt. Will man es in die digitale Welt transferieren, muss man eine Vielzahl technologisch aufwändiger mechanischer, elektrischer, hydraulischer und pneumatischer Komponenten nachbilden«, beschreibt Dr. Maksim Klinkov die Ausgangslage des Projekts mit Bachmann electronic.
Der Produktmanager Automatisierung bei Achenbach verfolgt dabei konsequent das Ziel, die höchstmögliche Verfügbarkeit der Achenbach Walzwerkanlagen herzustellen. Die Vorteile eines virtuellen Modells liegen für Dr. Klinkov dabei auf der Hand, denn er weiß, welche gravierenden Auswirkungen ein Regler hat, der nicht perfekt auf die Strecke abgestimmt ist. »Tritt ein Fehler auf, kann es zu einem Bandriss und im schlimmsten Fall zu einem Brand in der Maschine kommen, welcher auch für die Walzwerkbediener äußerst gefährlich sein kann.
Durch die hohe Komplexität des Prozesses, die hohen Walzgeschwindigkeiten und großen Walzbreiten ist das Fehlerrisiko entsprechend hoch. Reparaturkosten, aber auch hohe Kosten durch Materialverlust und Ausfallzeiten sind die Folge bei Fehlfunktionen, zumal bei unseren Kunden normalerweise im 24/7-Schichtbetrieb gearbeitet wird«, erklärt Dr. Klinkov die Problematik.
Wie gingen die Projektpartner Achenbach und Bachmann in ihrem Entwicklungsprojekt konkret vor? Zur kontinuierlichen Qualitätskontrolle des Automatisierungscodes und zum Test neuer Funktionen entwickelten sie ein Simulink-Modell eines typischen Bandwalzwerkes. Neben den elektrischen, mechanischen und hydraulischen Funktionen bildet dieses auch den Umformprozess an sich ab. Im Einzelnen gehören dazu insbesondere Modelle der Arbeitswalzentemperatur, der Walzendurchbiegung und des Walzspaltprofils. Damit wird es möglich, das virtuelle Walzwerk mit virtuellen Coils zu bestücken und eine präzise Bewertung des Walzprozesses in Bezug auf Schlüsselkriterien wie Bandplanheit und Banddicke vorzunehmen. Der Einfluss regelungstechnischer Optimierungsmaßnahmen zur Qualitätssteigerung ist somit direkt evaluierbar. Das Simulink-Modell bildet zudem auch die transienten Phasen des Walzprozesses präzise ab; diese werden auf einer Bachmann Steuerung in Echtzeit parallel zum Automatisierungscode der Anlage berechnet.
Das virtuelle Walzwerk ist in den letzten Monaten weiterentwickelt worden und dient unter anderem als Testumgebung für die Entwicklung des neuen Achenbach OPTILINK®-Systems zur digitalen Anlagenvernetzung einer Walzproduktionsstätte. Mit der cloudbasierten Optilink-Plattform ist es möglich, große Datenmengen, die durch ein Walzwerk und die dazugehörigen Anlagen generiert werden, zu speichern und anschließend die erfassten Daten beispielsweise über Dashboards oder flexible Prozessgrafiken zu analysieren.
Das virtuelle Walzwerk ist bei Achenbach täglich im konkreten Einsatz: Die Forschung und Entwicklung designt und testet neue Algorithmen, baut virtuelle Produktionsdatenbanken auf und reduziert auf diese Weise die Inbetriebnahmezeit vor Ort beim Kunden. Darüber hinaus wird das virtuelle Walzwerk zu Schulungszwecken verwendet. Beispielsweise können sich die künftigen Bediener eines neuen Achenbach OPTIMILL®- Walzwerks schon vor dessen Inbetriebnahme mit dem Achenbach OPTIROLL®-System vertraut machen, ohne den Risiken einer realen Produktion ausgesetzt zu sein.